СПОСОБ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ METHOD FOR MONITORING AND MANAGING ELECTRIC ENERGY CONSUMPTION
Область техники. Изобретение относится к электроэнергетике, преимущественно, к мониторингу и управлению потреблением электрической энергии бытовыми потребителями в доме. The field of technology. The invention relates to the electric power industry, mainly to monitoring and controlling the consumption of electrical energy by household consumers in the house.
Уровень техники. В электрических сетях наблюдается суточная неравномерность потребления электрической энергии, в связи с чем возникает дефицит мощности в часы пик. Для выравнивания суточного графика нагрузки применяются различные механизмы, в числе которых ступенчатый тариф стоимости потребленной единицы энергии (кВт-ч) в зависимости от уровня подключенного лимитированного максимума мощности Ртах и периода потребления энергии в течение суток. State of the art. In electrical networks, there is a daily unevenness in the consumption of electrical energy, in connection with which there is a power shortage during peak hours. To align the daily load schedule, various mechanisms are used, including a stepped tariff for the cost of the consumed unit of energy (kWh), depending on the level of the connected limited maximum power P max and the period of energy consumption during the day.
Целью управления электропотреблением потребителей в доме с учетом указанной тарифной политики является обеспечение надежности и максимально возможного объема электропотребления бытовых потребителей при установленном лимите мощности Ртах, предотвращение преждевременного их отключения из-за срабатывания вводных защитных устройств и экономное расходование ресурсов на энергопотребление в доме. С этой целью в настоящее время применяются различные способы мониторинга параметров потребляемого электрического тока и автоматизированного управления потреблением электрической энергии, в том числе, с применением микроконтроллеров, обеспечивающих операции отключения, ограничения и распределения нагрузки по источникам энергии, фазам сети, времени суток, выравниванию нагрузки по фазам сети (симметрирования фаз). Кроме того, находят применение возобновляемые источники энергии, установки бесперебойного питания и накопления энергии. При этом излишки электроэнергии возобновляемых источников энергии собственной
микрогенерации во многих странах разрешено возвращать в общую электрическую сеть. The purpose of managing the power consumption of consumers in the house, taking into account the specified tariff policy, is to ensure the reliability and the maximum possible amount of power consumption by household consumers at the established power limit P max , prevent their premature shutdown due to the triggering of the input protective devices and economical use of resources for energy consumption in the house. To this end, various methods of monitoring the parameters of the consumed electric current and automated control of the consumption of electrical energy are currently being used, including using microcontrollers that provide shutdown operations, limiting and distributing the load by energy sources, network phases, time of day, load balancing network phases (phase balancing). In addition, renewable energy sources, uninterruptible power supplies and energy storage are used. At the same time, surplus electricity from renewable energy sources of its own microgeneration in many countries is allowed to be returned to the grid.
Задачей и техническим результатом заявляемого решения является возможность увеличения объема энергопотребления при лимитированном максимальном значении силы тока, снижение пиковой и высоко тарифной составляющих электропотребления, уменьшение стоимости электропотребления (закупаемой энергии), обеспечение бесперебойности электропитания приоритетных потребителей при одновременном ограничении менее приоритетных потребителей в доме и эффективное использование собственной возобновляемой микрогенерации, что возможно благодаря составлению почасового графика генерируемой собственной мощности исходя из прогноза погоды, доступного в Интернете, и вычисления задаваемых гибких графиков потребления низкоприоритетными и среднеприоритетными потребителями, сумма мощностей которых (согласно этим графикам) будет максимально приближена к графику мощности микрогенерации. The task and the technical result of the proposed solution is the possibility of increasing the volume of energy consumption with a limited maximum value of the current strength, reducing the peak and high tariff components of electricity consumption, reducing the cost of electricity consumption (purchased energy), ensuring uninterrupted power supply to priority consumers while limiting less priority consumers in the house and efficient use own renewable microgeneration, which is possible due to the compilation of an hourly schedule of generated own capacity based on the weather forecast available on the Internet, and the calculation of flexible consumption schedules for low-priority and medium-priority consumers, the sum of capacities of which (according to these schedules) will be as close as possible to the schedule of microgeneration capacity.
Известно техническое решение, реализованное в продукте OhmPilot австрийской фирмы Fronius AG, которое знает текущий баланс между потреблением в доме и микрогенерацией, и в случае, когда есть избыток мощности микрогенерации, этот избыток направляется в омическую нагрузку (как правило, в бойлер нагрева горячей воды) через устройство OhmPilot, представляющее собой ШИМ (широтно-импульсный модулятор), регулирующий потребление бойлера от 0 до 100% его номинальной мощности. В заявленном способе управления низко- и среднеприоритетными нагрузками заключена значительно большая гибкость, чем в упомянутом продукте OhmPilot, позволяющая регулировать потребление как в случае избытка производимой микрогенерацией мощности путем подключения множества нагрузкок (в том числе и через модулятор, для этого предусмотрены входы AUX1, AUX2, AUX3 для альтернативного питания низкоприоритетных нагрузок), так и в случае недостатка производимой мощности посредством отключения таких нагрузок. Точное предсказание потребления сделать
невозможно из-за наличия более приоритетных нагрузок, включаемых пользователем по своему усмотрению, однако можно подстроиться под текущий график потребления, зная статистику более приоритетных нагрузок. There is a known technical solution implemented in the OhmPilot product of the Austrian company Fronius AG, which knows the current balance between consumption in the house and microgeneration, and in the case when there is an excess of microgeneration power, this excess is sent to an ohmic load (as a rule, to a hot water boiler) through the OhmPilot device, which is a PWM (pulse width modulator) that regulates the consumption of the boiler from 0 to 100% of its rated power. The claimed method for controlling low- and medium-priority loads contains much more flexibility than the mentioned OhmPilot product, which allows you to regulate consumption as in the case of excess power produced by microgeneration by connecting a variety of loads (including through a modulator, for this there are inputs AUX1, AUX2, AUX3 for alternative power supply of low priority loads) and in case of insufficient power output by disconnecting such loads. Make accurate prediction of consumption impossible due to the presence of higher priority loads, which the user can turn on at his own discretion, however, you can adjust to the current consumption schedule, knowing the statistics of higher priority loads.
Известны способы и системы контроля и управления энергопотреблением потребителей в доме, близкие по уровню техники к заявляемому техническому решению, описанные ниже. There are known methods and systems for monitoring and controlling energy consumption of consumers in a house, which are close in the prior art to the claimed technical solution, described below.
Известны способ и система управления электроснабжением и электрической нагрузкой по патенту US N° 20100312414, 09.12.2010 г., МПК G01 R11/00, нац. кл. US N 700/295. Данный способ заключается в интеллектуальном автоматическом сбрасывании нагрузки с использованием логических контроллеров, реагирующих на сигналы от датчиков возмущений. Интеллектуальная система, реализующая данный способ, связана с системой датчиков сигналов в реальном времени, которые она использует для распознавания возмущений и выработке предложений по выключению потребителей. Указанная система способна решать проблему с возможностью упреждения распознавания повторяющихся возмущений. Это достигается за счет самообучения по сбросу нагрузки, по графикам сброса, имеющимся в памяти системы. The known method and system for managing power supply and electrical load according to US patent N ° 20100312414, 09.12.2010, IPC G01 R11 / 00, nat. cl. US N 700/295. This method consists in intelligent automatic load shedding using logic controllers that respond to signals from disturbance sensors. An intelligent system that implements this method is connected with a system of signal sensors in real time, which it uses to recognize disturbances and develop proposals for switching off consumers. This system is capable of solving the problem with the ability to anticipate the recognition of repetitive disturbances. This is achieved through self-learning on load shedding, according to the shedding schedules available in the system memory.
При этом предлагается способ управления потоком данных и сброса нагрузки в зависимости от величины резерва мощности в системе, варьируемого в диапазоне от 0 до величины единичной мощности генератора системы. В этой связи данный способ управления энергопотреблением имеет ограничение по сфере применения. Он не пригоден для систем с централизованным электроснабжением, в то же время эффективен для применения в автономных энергосистемах (для плавучей платформы и т.п.). At the same time, a method of data flow control and load shedding is proposed, depending on the amount of power reserve in the system, varying in the range from 0 to the value of the unit power of the system generator. In this regard, this method of energy management is limited in scope. It is not suitable for systems with centralized power supply, at the same time, it is effective for use in autonomous power systems (for a floating platform, etc.).
Известен способ и устройство бесперебойного питания потребителей по патенту RU
2341859, МПК H02J 3/32, опубл. 20.12.2008 г., Бюл.
35. В данном решении потребители с помощью средств коммутации подключены к централизованной сети, альтернативному источнику энергии и накопителю
энергии посредством инвертора, при этом мониторинг и управление переключениями осуществляются контроллером. The known method and device for uninterruptible power supply of consumers under the patent RU 2341859, IPC H02J 3/32, publ. 20.12.2008, Bul. 35. In this solution, consumers are connected by means of switching to a centralized network, an alternative energy source and storage energy by means of an inverter, while monitoring and control of switching is carried out by the controller.
Указанный способ заключается в преобразовании рода тока, вначале переменного тока - в постоянный, а затем постоянного - в переменный. Необходимость двойного преобразования рода тока обуславливает дополнительные электрические потери, сложность и удорожание его осуществления, в конечном итоге - к снижению экономической эффективности. This method consists in converting the kind of current, first alternating current into direct current, and then direct current into alternating current. The need for double conversion of the type of current causes additional electrical losses, the complexity and rise in the cost of its implementation, ultimately - to a decrease in economic efficiency.
Известен способ мониторинга и управления процессом потребления электроэнергии и устройство для его осуществления по патенту RU N° 2473916, МПК G01R 11/00, опубликованному 27.01.2013 г., Бюл. N°3. В данном способе передача команд на подключение потребителей осуществляется через устройства коммутации нагрузки, управляемые сигналами от счетчиков энергии с присвоенным индикатором, объединенных в группы, которые измеряют мощность, потребляемую приемником (нагрузкой). Передачу информации от указанных групп осуществляют с помощью проводных каналов связи к устройствам управления группой счетчиков. Запись в блок энергонезависимой памяти значений сопротивлений и длин подводящих линий сети от трансформаторной подстанции осуществляют с целью вычисления разницы между отпущенной и потребленной энергиями. A known method for monitoring and controlling the process of electricity consumption and a device for its implementation according to the patent RU N ° 2473916, IPC G01R 11/00, published on January 27, 2013, Bul. N ° 3. In this method, the transmission of commands to connect consumers is carried out through load switching devices controlled by signals from energy meters with an assigned indicator, combined into groups that measure the power consumed by the receiver (load). The transfer of information from these groups is carried out using wired communication channels to control devices for the group of meters. Recording in the non-volatile memory unit the values of the resistances and the lengths of the supply lines of the network from the transformer substation is carried out in order to calculate the difference between the supplied and consumed energy.
Недостатком данного способа является высокая стоимость и значительная сложность индивидуального сбора-передачи данных, вычислений и управления. The disadvantage of this method is the high cost and significant complexity of the individual collection and transmission of data, calculations and control.
Известно устройство, в котором осуществляется равномерное распределение электрической нагрузки по фазам сети - патент RU Ns 2200364, МПК H02J 1/10, опубл. 10.03.2003 г., Бюл. N«7. В нем содержатся датчики тока в фазах, множество средств коммутации и процессор для управления переключениями фаз по результатам попарного сопоставления токов в фазах. A device is known in which the electrical load is uniformly distributed over the phases of the network - patent RU Ns 2200364, IPC H02J 1/10, publ. 03/10/2003, Bul. N “7. It contains phase current sensors, a variety of switching tools, and a processor for controlling phase switching based on pairwise matching of phase currents.
Недостатком указанного устройства является то, что в нем не обеспечивается управление электропитанием потребителей с учетом
приоритетности групп потребителей. По этой причине электропитание приоритетных потребителей в нем является недостаточно надежным. The disadvantage of this device is that it does not provide power management of consumers, taking into account priority of consumer groups. For this reason, the power supply of priority consumers in it is not reliable enough.
Известен способ питания нагрузки системы электроснабжения по патенту RU N« 2442263, опубл. 10.02.2012 г. в Бюл. N» 4, заключающийся в извлечении отдельно реактивной и активной составляющих мощности групп симметрируемых фаз для питания потребителей. Недостатком данного способа является его ограниченность применения - для питания нагрузки постоянного тока. The known method of supplying the load of the power supply system according to the patent RU N "2442263, publ. 02/10/2012 in Bul. N "4, which consists in extracting separately the reactive and active components of the power of the groups of symmetrical phases for powering consumers. The disadvantage of this method is its limited use - for supplying a DC load.
Известен способ, система и устройство для управления количеством электроэнергии, потребляемой установленными в доме бытовыми электроприборами, по патенту RU N° 2242832, опубл. 20.12.2004 г. в Бюл. 235, автор Айса Валерио. Данный патент на способ, систему и устройство принят за прототип. Способ заключается в присоединении потребителей к сети, подключенной к источнику электроэнергии, установке максимально допустимого уровня потребления мощности, обеспечении потребителей средствами управления электропотреблением, измерении моментального суммарного уровня потребления мощности, передаче на средства управления потребителей информации о потребляемой электрической мощности с частотой, изменяющейся во времени, обеспечении возможности регулирования нагрузки для средств управления. The known method, system and device for controlling the amount of electricity consumed by household appliances installed in the house, according to the patent RU N ° 2242832, publ. 20.12.2004 in Bul. 235, by Aisa Valerio. This patent for a method, system and device is adopted as a prototype. The method consists in connecting consumers to a network connected to a source of electricity, setting the maximum permissible level of power consumption, providing consumers with power management tools, measuring the instantaneous total level of power consumption, transmitting information about the consumed electric power with a frequency varying over time to the consumer control facilities, providing load regulation capability for controls.
Система управления количеством электроэнергии по данному патенту содержит множество потребителей электроэнергии, соединенных в сеть передачи данных, измерительное устройство, расположенное вне указанных потребителей электроэнергии, подключенное к указанной сети и пригодное для измерения моментального суммарного потребления электроэнергии системой бытовых электроприборов, при этом каждый потребитель снабжен средством управления уровнем потребляемой электроэнергии, использующим информацию относительно моментального уровня потребляемой электрической мощности системой приборов так, что чем ближе моментальный
суммарный уровень потребления электрической мощности к предельно допустимому уровню, тем выше частота выдачи информации. The control system for the amount of electricity according to this patent contains a plurality of electricity consumers connected to a data transmission network, a measuring device located outside the specified electricity consumers, connected to the specified network and suitable for measuring the instantaneous total electricity consumption by the system of household electrical appliances, while each consumer is equipped with a control means the level of consumed electricity, using information on the instantaneous level of consumed electrical power by the instrument system so that the closer the instantaneous the total level of consumption of electrical power to the maximum permissible level, the higher the frequency of information output.
Недостатком способа, принятого за прототип, является отсутствие разбиения потребителей электроэнергии на группы по признакам идентичности требований к надежности питания и возможным функциям средств коммутации на линиях питания указанных групп потребителей, с установлением упомянутым группам потребителей приоритетов в электропотреблении. Это не позволяет эффективно управлять электропотреблением потребителей, ограничением отдельных групп потребителей, распределением других групп потребителей по источникам энергии, фазам сети и по времени электропитания. The disadvantage of the method taken as a prototype is the absence of dividing electricity consumers into groups based on the identity of the requirements for power reliability and the possible functions of the switching means on the power lines of these groups of consumers, with the establishment of priorities in power consumption for the mentioned groups of consumers. This does not allow to effectively manage the power consumption of consumers, restriction of individual groups of consumers, the distribution of other groups of consumers by energy sources, network phases and power supply time.
Сущность признаков изобретения. The essence of the features of the invention.
Бытовые потребители электроэнергии отличаются требованиями к надежности питания и средствам коммутации их подключений к сети питания, одни из них допускают возможность регулирования собственной нагрузки, допускают пониженные режимы электропотребления, допускают кратковременные перерывы в электроснабжении, некоторые потребители не допускают даже разрыва синусоиды напряжения. В настоящем изобретении все бытовые потребители, в зависимости от требований к надежности их питания и возможностям средств коммутации на подводящих линиях, разделены на 4 группы - особоприоритетная; высокоприоритетная; среднеприоритетная; низкоприоритетная. Household consumers of electricity differ in the requirements for the reliability of power supply and the means of switching their connections to the power supply network, some of them allow the possibility of regulating their own load, allow reduced power consumption modes, allow short interruptions in the power supply, some consumers do not even allow the voltage sine wave to break. In the present invention, all household consumers, depending on the requirements for the reliability of their power supply and the capabilities of the means of switching on the supply lines, are divided into 4 groups - special priority; high priority; medium priority; low priority.
К группе особоприоритетных потребителей относятся потребители, не допускающие разрыва синусоиды напряжения питающего тока. К таким потребителям, в первую очередь, относятся IT-серверы, телевидение, компьютерная техника, роутеры, серверы, связь и сигнализация. Эти потребители, как правило, даже после кратковременного прерывания питания не возобновляют режим своей работы с точки, предшествовавшей прекращению питания. Они не предусматривают ни временное отключение на момент пиковой нагрузки, ни переключение на другую фазу или на резервный источник или источник энергии собственной микрогенерации. В предлагаемой
системе проводится мониторинг потребления энергии и эта информация используется в дальнейшем для прогнозов. The group of special priority consumers includes consumers that do not allow breaking the sinusoid of the supply current voltage. These consumers, first of all, include IT servers, television, computer equipment, routers, servers, communications and signaling. These consumers, as a rule, even after a short interruption of power supply, do not resume their mode of operation from the point preceding the power failure. They do not provide for temporary disconnection at the moment of peak load, nor for switching to another phase or to a backup source or source of energy of its own micro-generation. In the proposed the system monitors energy consumption and this information is used in the future for forecasting.
К группе особоприоритетных потребителей также относятся бытовые электроприборы, не допускающие разрыва синусоиды питающего напряжения, т.е. не допускающие перехода с помощью средств коммутации на резервное питание. Примером таких приемников являются все приборы с электронным (цифровым) управлением - микроволновые печи, мультиварки, варочная поверхность, стиральная машина, сушилка, etc, то есть все потребители, не способные возобновлять свою работу после кратковременного прерывания электропитания. The group of special priority consumers also includes household electrical appliances that do not allow breaking the sinusoid of the supply voltage, i.e. which do not allow switching over to a backup power supply with the help of switching means. An example of such receivers are all devices with electronic (digital) control - microwave ovens, multicooker, hob, washing machine, dryer, etc., that is, all consumers who are not able to resume their work after a short interruption of power supply.
К группе высокоприоритетных потребителей относятся электроприборы, допускающие переключение питания на альтернативную фазу или источник возобновляемой энергии. На кухне такими приборами являются тостеры и кофейные машины. The group of high-priority consumers includes electrical appliances that allow switching the power supply to an alternate phase or a renewable energy source. In the kitchen, such appliances are toasters and coffee machines.
К группе среднеприоритетных потребителей относятся потребители, допускающие переключение питания и кратковременное отключение, то есть кратковременный перенос их работы на другое время. К таким потребителям относятся пылесосы, утюги, фены для сушки волос в ванных комнатах. На кухне это вторичный вход питания варочной поверхности кухонной плиты (предназначенный для распределения нагрузки между двух или более фаз, но не дающий питание самой электронике управления данного электроприбора), духовка (если она оснащена электромеханическим управлением), микроволновка с электромеханическим управлением, а также электрочайники. Схемотехнически они питаются через 2 последовательно включенных реле (одно переключающее на альтернативную фазу, а второе отключающее). Коммутация среднеприоритетных нагрузок в аппаратуре реализуется последовательным соединением двух контактных групп различных реле, предназначенных для осуществления коммутации высокоприоритетной (переключение) и низкоприоритетной (временное отключение) нагрузок, причем такое последовательное соединение двух реле реализуется
перемычками на соседствующих каналах управления - одного высокоприоритетного и одного низкоприоритетного. Такая реализация позволяет гибко использовать ресурсы коммутации в аппаратуре, например, если в плате предусмотрены 12 реле - 6 для низкоприоритетных нагрузок (отключение) и 6 для высокоприоритетных (переключение фаз), то посредством перестановки перемычек можно организовать 2 канала среднеприоритетных нагрузок, при этом останутся доступными 4 высокоприоритетных канала и 4 низкоприоритетных, т.е. в рамках одной реализации платы с 12 реле возможны конфигурации 6+0+6, 5+1+5, 4+2+4, 3+3+3 (высоко приоритетных, средне приоритетных и низкоприоритетных каналов подключения нагрузок). The group of medium-priority consumers includes consumers that allow power switching and short-term disconnection, that is, a short-term transfer of their work to another time. These consumers include vacuum cleaners, irons, and hair dryers in bathrooms. In the kitchen, this is a secondary power input for the hob of a stove (designed to distribute the load between two or more phases, but does not supply power to the control electronics of this electrical appliance), an oven (if it is equipped with an electromechanical control), a microwave with an electromechanical control, as well as electric kettles. Circuitry, they are powered through 2 series-connected relays (one switching to an alternative phase, and the second disconnecting). The switching of medium-priority loads in the equipment is realized by serial connection of two contact groups of different relays intended for switching high-priority (switching) and low-priority (temporary disconnection) loads, and such a serial connection of two relays is realized jumpers on adjacent control channels - one high-priority and one low-priority. This implementation allows the flexible use of switching resources in the equipment, for example, if the board provides 12 relays - 6 for low-priority loads (disconnection) and 6 for high-priority (phase switching), then by rearranging the jumpers it is possible to organize 2 channels of medium-priority loads, while remaining available 4 high-priority channels and 4 low-priority channels, i.e. within the framework of one implementation of a board with 12 relays, configurations 6 + 0 + 6, 5 + 1 + 5, 4 + 2 + 4, 3 + 3 + 3 are possible (high-priority, medium-priority and low-priority load connection channels).
Эти потребители по своей значимости являются высокоприоритетными, однако допускают кратковременное отключение. Поэтому во время пика алгоритм управления, в первую очередь, определяют (исходя из доступной мощности) возможность продолжения их работы путем переключения на другую фазу, чтобы избежать перегрузки фазы при наличии доступной мощности на альтернативной для данного потребителя фазе. Если доступной мощности на альтернативной фазе нет, то этот потребитель будет временно выключен до момента появления доступной мощности либо на фазе работы потребителя по умолчанию, либо на его альтернативной фазе. Таким образом, временное отключение среднеприоритетных нагрузок осуществляется только в случае отсутствия доступной мощности. При этом рабочий цикл таких приборов может прогнозироваться в целях обеспечения необходимого энергопотребления путем подбора скважности. These consumers are of high priority in terms of their importance, however, they allow short-term disconnection. Therefore, during the peak, the control algorithm, first of all, determines (based on the available power) the possibility of continuing their operation by switching to another phase in order to avoid phase overload in the presence of available power on the phase alternative for a given consumer. If there is no available power in the alternative phase, then this consumer will be temporarily turned off until the available power appears either in the default phase of the consumer, or in its alternative phase. Thus, temporary disconnection of medium priority loads is carried out only if there is no available power. In this case, the operating cycle of such devices can be predicted in order to ensure the required power consumption by selecting the duty cycle.
К группе низкоприоритетных потребителей относятся потребители, которые допускают их временное отключение, например, при пиковых режимах на время перегрузок, при высоких почасовых тарифах стоимости кВт- ч. К данной группе относятся насосы бассейна, насосы водопада, подогреватели полов, подогреватели горячего водоснабжения, посудомоечная машина (все современные посудомоечные машины имеют энергонезависимую память и возобновляют свой рабочий цикл с момента, предшествовавшему прерыванию
питания). Особое место занимают нагрузки, отвечающие за отопление и климатизацию (кондиционеры, тепловые насосы и электрические подогреваемые полы). Системы отопления обладают высокой тепловой инерцией, а поэтому для них не очень важно, в какие периоды времени они потребляют электрическую энергию, важно, чтобы они были обеспечены энергией с сохранением определенной скважности, например, в пределах 40 - 60%, тогда системы отопления обеспечат необходимый комфорт за счет производства необходимой тепловой энергии, сохраняя необходимую скважность в течение интервалов времени, сравнимых с постоянной времени тепловой инерции помещения, но не будут потреблять доступную мощность в моменты пика. The group of low-priority consumers includes consumers who allow their temporary shutdown, for example, during peak modes during overloads, at high hourly tariffs, the cost of kWh. This group includes pool pumps, waterfall pumps, floor heaters, hot water heaters, a dishwasher (all modern dishwashers have a non-volatile memory and resume their working cycle from the moment preceding the interruption food). A special place is occupied by loads responsible for heating and air conditioning (air conditioners, heat pumps and electric underfloor heating). Heating systems have high thermal inertia, and therefore it is not very important for them at what periods of time they consume electrical energy, it is important that they are provided with energy while maintaining a certain duty cycle, for example, within 40-60%, then the heating systems will provide the necessary comfort due to the production of the necessary thermal energy, while maintaining the required duty cycle for time intervals comparable to the time constant of the thermal inertia of the room, but they will not consume the available power at the moments of peak.
С системами охлаждения (климатизации) летом все сложнее. Если такая система устроена на основе чиллера, то, как правило, предусмотрен инерционный бак, который предотвращает частое включение/останов компрессоров чиллера (с целью меньшего износа), и можно пользоваться этой инерцией для временного отключения компрессора чиллера, (который является самым большим потребителем в доме), чтобы эффективно бороться с пиками потребления. Вопрос состоит только в адаптации допустимого времени отключения к реализованной инерции контура охлаждения для сохранения комфорта. With cooling systems (air conditioning) in the summer, everything is more complicated. If such a system is based on a chiller, then, as a rule, an inertial tank is provided, which prevents frequent starting / stopping of the chiller compressors (in order to reduce wear), and you can use this inertia to temporarily turn off the chiller compressor (which is the largest consumer in home) in order to effectively deal with peaks in consumption. It is only a matter of adapting the permissible switch-off time to the realized inertia of the cooling circuit in order to maintain comfort.
Сущность изобретения как способа. Способ мониторинга и управления потреблением электрической энергии потребителями в доме, включающий подключение бытовых потребителей к электрической сети с помощью средств коммутации, установление лимитированной максимальной потребляемой мощности (Ртах), оснащение потребителей средствами управления электропотреблением, измерение мгновенных значений суммарной потребляемой мощности (тока), установление приоритетов для потребителей энергии по надежности и способу коммутации на линиях подключения, передачу мониторинговой информации на микроконтроллер, управление электропотреблением потребителей дома, подключенных к внешней сети и
собственным источникам электрической энергии. The essence of the invention as a method. A method for monitoring and managing the consumption of electrical energy by consumers in a house, including connecting household consumers to the electrical network using switching means, setting a limited maximum power consumption (Pmax), equipping consumers with power consumption control devices, measuring instantaneous values of the total consumed power (current), setting priorities for energy consumers in terms of reliability and method of switching on connection lines, transmission of monitoring information to a microcontroller, power management of household consumers connected to an external network and own sources of electrical energy.
Группу потребителей особо приоритетного уровня, не допускающую разрыва синусоиды напряжения, подключают к опциональному узлу гарантированного напряжения с возможностью получать питание от централизованного, резервного и накопительного источников электрической энергии. A group of consumers of a high priority level, which does not allow the voltage sine wave to break, is connected to an optional guaranteed voltage node with the ability to receive power from a centralized, backup and storage source of electrical energy.
Группу потребителей высокоприоритетного уровня, допускающую кратковременные отключения на время переключений, распределяют равномерно между фазами сети и подключают к сети через средства коммутации, обеспечивающие возможность автоматического переключения на резервный источник и переключения фаз в прямой и обратной последовательности. A group of consumers of a high-priority level, allowing short-term outages during switching times, is distributed evenly between the phases of the network and connected to the network through switching means that provide the ability to automatically switch to a backup source and switch phases in direct and negative sequence.
Потребителей группы среднеприоритетного уровня распределяют равномерно по фазам сети и подключают к сети через средства коммутации, обеспечивающие возможность сдвига времени их работы по таймеру. The consumers of the group of the medium-priority level are distributed evenly over the phases of the network and connected to the network through switching means, which provide the possibility of shifting the time of their operation according to the timer.
Потребителей группы низкоприоритетного уровня распределяют равномерно по фазам сети, присоединяют к сети через средства коммутации, обеспечивающие их выключение с упреждением времени появления пиковых нагрузок. The consumers of the low-priority level group are distributed evenly over the phases of the network, connected to the network through switching means, which ensure their shutdown in advance of the time of occurrence of peak loads.
В целях управления потреблением электроэнергии осуществляют мониторинг мгновенных значений напряжений и потребляемых токов в фазах фидера и подводящих линий групп потребителей, осуществляют периодически передачу указанной мониторинговой информации на микроконтроллер. Устанавливают электронный интерфейс для подключения к Интернету и доступа к мониторинговой информации с возможностью удаленного включения / управления / выключения систем отопления, кондиционирования и горячего водоснабжения. Осуществляют автоматизированное прогнозирование электропотребления для отопления на основе дистанционного измерения температуры и влажности воздуха в помещениях, обнаружение открытых оконных и дверных проемов, мониторинг параметров микроклимата
и управление системой кондиционирования. Определяют отсутствие обитаемости помещений для закрытия обнаруженных открытых дверных и оконных проемов, а также остановки систем кондиционирования и производства горячей воды. Осуществляют автоматизированное управление электропотреблением потребителей на основе результатов прогнозирования нагрузок потребителей. Производят сбор и обработку статистической мониторинговой информации за предыдущее время управления электропотреблением потребителей в доме. Создают электронную базу данных потребляемых мощностей / токов, параметров наружного климата и параметров микроклимата внутри дома с привязкой к годовому и суточному графикам энергопотребления, осуществляют управление одновременностью работы групп потребителей, имеющих разные приоритеты. Осуществляют управление нагрузкой рециркуляции горячей воды и системы холодного водоснабжения. In order to control electricity consumption, instantaneous values of voltages and consumed currents are monitored in the phases of the feeder and supply lines of consumer groups, and the specified monitoring information is periodically transmitted to the microcontroller. An electronic interface is installed for connecting to the Internet and accessing monitoring information with the ability to remotely turn on / off / control heating, air conditioning and hot water supply systems. Carry out automated forecasting of electricity consumption for heating based on remote measurement of temperature and humidity in rooms, detection of open window and door openings, monitoring of microclimate parameters and control of the air conditioning system. Determine the lack of habitability of the premises for closing the detected open door and window openings, as well as stopping the air conditioning and hot water production systems. Automated control of consumers' power consumption is carried out based on the results of forecasting consumer loads. They collect and process statistical monitoring information for the previous time of power consumption management of consumers in the house. Create an electronic database of consumed power / currents, outdoor climate parameters and microclimate parameters inside the house with reference to annual and daily energy consumption schedules, control the simultaneity of work of groups of consumers with different priorities. Controls the load of the hot water recirculation and the cold water supply system.
При дефиците резерва мощности в часы пик и высоких тарифах стоимости единицы электрической энергии осуществляют переключение потребителей на резервный источник питания с аккумулятором, при его наличии. With a shortage of power reserve during peak hours and high tariffs for the cost of a unit of electrical energy, consumers are switched to a backup power source with a battery, if any.
При наличии источника собственной микрогенерации вырабатываемая им энергия потребляется в первую очередь посредством составления гибких задаваемых расписаний с целью минимизировать закупку энергии у энергосбытовой компании. In the presence of a source of its own microgeneration, the energy generated by it is consumed primarily through the compilation of flexible set schedules in order to minimize the purchase of energy from the power supply company.
Группу особоприоритетных потребителей опционально подключают к накопительному источнику электроэнергии, преимущественно, к инвертору с аккумуляторной батареей. The group of special priority consumers is optionally connected to a storage power source, mainly to an inverter with a battery.
Группу высокоприоритетных потребителей подключают к сети через средства коммутации, обеспечивающие возможность их переключения на менее загруженные фазы сети, главным образом, путем смены фаз на один шаг вперед / назад. A group of high-priority consumers is connected to the network through switching means that provide the ability to switch them to less loaded phases of the network, mainly by changing the phases one step forward / backward.
Группу низкоприоритетных потребителей присоединяют к сети через средства коммутации, обеспечивающие их выключение в период высоких
почасовых тарифов отпускаемой энергии и наличия пиков её потребления.A group of low-priority consumers is connected to the network through switching means that ensure their shutdown during periods of high hourly tariffs of supplied energy and the presence of peaks of its consumption.
Для предупреждения перекосов в нагрузках фаз осуществляют мониторинг значений тока в нейтральном проводе. Кроме того, осуществляют контроль искажений форм гармоник синусоиды напряжения в фазных проводах. To prevent imbalances in the phase loads, the current values in the neutral wire are monitored. In addition, they control the distortion of the harmonic forms of the voltage sinusoid in the phase wires.
При запасе мощности в сети ниже установленного минимума, преимущественно, равному единичной нагрузке самого крупного приоритетного электрического приемника, кратно (в 10...20 раз) увеличивают частоту передачи мониторинговой информации о мгновенных значениях токов и напряжений на микроконтроллер. With a power reserve in the network below the established minimum, mainly equal to the unit load of the largest priority electrical receiver, the frequency of transmission of monitoring information about instantaneous values of currents and voltages to the microcontroller is multiplied (10 ... 20 times).
Сущность изобретения как комплекса, обеспечивающего реализацию предлагаемого способа. Комплекс для контроля и управления потреблением электрической энергии бытовыми потребителями включает в себя электрическую сеть дома, подключенную к внешнему источнику энергии, потребителей электроэнергии, подключенных к указанной сети, средства для измерения потребляемых потребителями мощностей, средства управления электрической нагрузкой. Комплекс отличается тем, что группа особоприоритетных потребителей присоединена к узлу гарантированного напряжения, группа высокоприоритетных потребителей присоединена к сети с помощью силовых реле, обеспечивающих возможность переключения фаз сети. Среднеприоритетные потребители присоединены к сети с помощью силовых реле с возможностью отключения от сети для переноса их работы на другое время по гибкому задаваемому расписанию и/или переключения фаз сети. Низкоприоритетные потребители присоединены к сети с помощью силовых реле, автоматически срабатывающих на выключение по сигналу от микроконтроллера о появлении пиковых нагрузок в сети или смене почасового тарифа на электроэнергию, средства многофазной коммутации потребителей и потребители соединены с микроконтроллером, осуществляющим управление нагрузками и их распределением по фазам и сдвигом во времени. Микроконтроллер оснащен аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и
соединен с датчиками для измерения напряжений и токов в фазных проводах потребителей и фазах фидеров, в том числе датчиками тока внешними, подключенными через коннекторы и размещенными на фазных проводах фидера и нагрузок, и датчиками тока внутренними в составе печатных плат токовых реле, а также делителями (опционально, на нулевом проводе относительно земли) для измерения напряжения относительно земли, в том числе, на линиях альтернативного источника энергии собственной микрогенерации. Комплекс оснащен электронным интерфейсом для внешнего доступа через Интернет к мониторинговой информации и удаленного управления / включения / выключения нагрузок систем отопления, кондиционирования и горячего водоснабжения. Содержит внешние вспомогательные устройства с беспроводными датчиками, позволяющими обнаруживать открытые дверные и оконные проемы, чтобы устранять потери теплоты, и оптимизировать энергопотребление с учетом обитаемости помещений, осуществлять прогнозирование изменений электрических нагрузок отопления. The essence of the invention as a complex providing the implementation of the proposed method. The complex for monitoring and managing the consumption of electrical energy by household consumers includes the electrical network of the house connected to an external source of energy, consumers of electricity connected to the specified network, means for measuring the power consumed by consumers, and means for controlling the electrical load. The complex is distinguished by the fact that a group of high-priority consumers is connected to the guaranteed voltage node, a group of high-priority consumers is connected to the network using power relays that provide the ability to switch the phases of the network. Medium priority consumers are connected to the network using power relays with the ability to disconnect from the network for transferring their work to another time according to a flexible settable schedule and / or switching the phases of the network. Low-priority consumers are connected to the network using power relays, which are automatically triggered to turn off by a signal from the microcontroller about the appearance of peak loads in the network or a change in the hourly electricity tariff, multiphase switching facilities for consumers and consumers are connected to a microcontroller that controls the loads and their phase distribution and time shift. The microcontroller is equipped with an analog-to-digital converter (ADC) and connected to sensors for measuring voltages and currents in the phase wires of consumers and phases of the feeders, including external current sensors connected through connectors and located on the phase wires of the feeder and loads, and internal current sensors as part of the circuit boards of current relays, as well as dividers ( optionally, on the neutral wire relative to the ground) to measure the voltage relative to the ground, including on the lines of an alternative energy source of its own microgeneration. The complex is equipped with an electronic interface for external access via the Internet to monitoring information and remote control / on / off of loads of heating, air conditioning and hot water supply systems. Contains external auxiliary devices with wireless sensors that detect open door and window openings in order to eliminate heat losses, optimize energy consumption taking into account the habitability of the premises, and predict changes in electrical heating loads.
Комплекс содержит узел гарантированного напряжения, подключенный к централизованному и резервному источникам электроэнергии. The complex contains a guaranteed voltage node connected to a centralized and backup power sources.
Высокоприоритетные потребители присоединены к сети с помощью силовых реле переключения на альтернативную фазу. High priority consumers are connected to the mains by means of power relays for switching to an alternate phase.
Комплекс содержит микроконтроллер, имеющий аналоговые входы для получения измеренных значений напряжений и токов, оснащен АЦП с достаточной производительностью и разрядностью (0,1...1,0 Мегаотсчет/с; 10...12 бит), имеет аппаратный интерфейс для связи с Интернетом и умным датчиком (WiFi / Bluetooth LowEnergy), а также с сетями домашней автоматизации (умный дом), например, KNX/EIB (European Installation Bus), для получения телеграмм умного дома, кроме того, содержит неинвазивные индуктивные датчики тока для внешних измерений и линейные датчики тока на эффекте Холла для измерения токов на плате реле. The complex contains a microcontroller that has analog inputs for obtaining measured values of voltages and currents, is equipped with an ADC with sufficient performance and capacity (0.1 ... 1.0 Mega counts / s; 10 ... 12 bits), has a hardware interface for communication with Internet and smart sensor (WiFi / Bluetooth LowEnergy), as well as home automation networks (smart home), for example, KNX / EIB (European Installation Bus) for receiving smart home telegrams, in addition, it contains non-invasive inductive current sensors for external measurements and linear Hall-effect current sensors for measuring currents on the relay board.
Комплекс содержит контроллер, выполненный вместе с релейной платой
в виде двухэтажной сборки, в которой релейная плата с датчиками Холла и преобразователями уровня индуктивных датчиков размещена в нижней части диэлектрического (пластикового) корпуса с возможностью установки на DIN- рейку, плата контроллера размещена в верхней части, при этом в релейную плату заведен силовой фидер (три фазных провода и нейтраль) таким образом, что по плате проходят линии электроснабжения, от которых через нормально замкнутые контакты реле отводятся линии питания низкоприоритетных потребителей, а линии высокоприоритетных потребителей сгруппированы по две на каждую фазу, обеспечивающие возможность переключения одной из линий на следующую фазу, а другой - на предыдущую фазу. The complex contains a controller made together with a relay board in the form of a two-story assembly, in which a relay board with Hall sensors and level converters of inductive sensors is located in the lower part of a dielectric (plastic) housing with the possibility of mounting on a DIN rail, the controller board is located in the upper part, while a power feeder is inserted into the relay board ( three phase wires and a neutral) in such a way that power supply lines pass through the board, from which the power supply lines of low-priority consumers are diverted through the normally closed contacts of the relay, and the lines of high-priority consumers are grouped two for each phase, providing the possibility of switching one of the lines to the next phase, and the other to the previous phase.
Кроме того, потребителям среднеприоритетной и высокоприоритетной групп присвоены индивидуальные приоритеты, позволяющие установить последовательность их отключения при управлении электропотреблением. In addition, consumers in the medium and high priority groups are assigned individual priorities, allowing them to set the sequence of their shutdown during power management.
С помощью ограничителей мощности (силовых реле) построена иерархическая схема электропитания, в которой реле, установленные друг за другом или в параллельных линиях питания групп потребителей, настраиваются индивидуально - каждое на свой предел потребляемой мощности (тока) в зависимости от приоритетности группы питаемых потребителей. При превышении порогового уровня мощности последовательно автоматически будут отключаться менее приоритетные группы приемников. Автоматическое подключение потребителей будет осуществляться при появлении резерва мощности в соответствующей распределительной сети в доме, при этом вначале будут подключаться более приоритетные потребители. With the help of power limiters (power relays), a hierarchical power supply scheme has been built, in which relays installed one after another or in parallel power lines of consumer groups are configured individually - each to its own limit of power consumption (current), depending on the priority of the group of powered consumers. When the threshold power level is exceeded, the lower priority groups of receivers will be sequentially automatically turned off. Automatic connection of consumers will be carried out when a power reserve appears in the corresponding distribution network in the house, while higher priority consumers will be connected first.
В современных домах потребители рассредоточены в значительном пространстве дома и для сбора информации о мгновенных параметрах токов и напряжений у потребителей применяется интерфейс, ориентированный на Интернет. In modern homes, consumers are dispersed in a significant area of the house and an Internet-oriented interface is used to collect information about the instantaneous parameters of currents and voltages from consumers.
В управлении электропотреблением приемников для ограничения и разуплотнения пиков нагрузки применяются следующие способы и средства: выключение приемника с помощью коммутирующего устройства на линии
подключения к сети для переключения его на другие фазы сети или другой источник; средства управления уровнем электрической нагрузки, устанавливаемые на самих приемниках (собственные средства управления нагрузкой); переключение периодов работы приемников на другое время с помощью коммутирующих устройств на линии подключения к сети. Управление коммутирующими устройствами осуществляет микроконтроллер путем отключений и переключений потребителей на основе анализа результатов обработки мгновенных параметров токов, напряжений как на вводном фидере, так и по линиям групп потребителей и отдельных приемников, поступающих периодически от датчиков (формируя последовательности ограничений). In managing the power consumption of receivers, the following methods and means are used to limit and decompress load peaks: turning off the receiver using a switching device on the line connecting to the network to switch it to other phases of the network or another source; means of control of the level of electrical load, installed on the receivers themselves (own means of control of the load); switching the operating periods of receivers to another time using switching devices on the line connecting to the network. The switching devices are controlled by the microcontroller by disconnecting and switching consumers based on the analysis of the results of processing the instantaneous parameters of currents and voltages both at the input feeder and along the lines of groups of consumers and individual receivers coming periodically from sensors (forming sequences of restrictions).
Кроме того, в микроконтроллер по линиям связи периодически поступает информация от датчиков: о параметрах микроклимата в помещениях дома (температура воздуха, влажность), о состоянии дверных и оконных проемов (открыто/закрыто), наличии обитателей в доме, температуре наружного воздуха. Мониторинговая информация от датчиков анализируется микроконтроллером, формируются списки на регулирование режимов электропотребления отдельных потребителей, выключения потребителей, переноса их работы на другое время, переключения фаз и др. In addition, information from sensors periodically arrives at the microcontroller via communication lines: about the parameters of the microclimate in the premises of the house (air temperature, humidity), about the state of door and window openings (open / closed), the presence of inhabitants in the house, and the temperature of the outside air. The monitoring information from the sensors is analyzed by the microcontroller, lists are formed for regulating the power consumption modes of individual consumers, switching off consumers, transferring their work to another time, switching phases, etc.
В трехфазной распределительной электрической сети в доме нагрузка распределяется между тремя фазами. В пиковые режимы электропотребления производится снижение нагрузки и осуществляется выключение отдельных приемников, при этом осуществляется мониторинг перекоса нагрузок по фазам и симметрирование фаз по нагрузкам. В то же время, осуществляется бесперебойное питание особоприоритетных потребителей. При управлении электропотреблением потребителей в доме обеспечивается не превышение лимитированного максимума потребляемой входной мощности при условии максимально возможных объемов электропотребления, соблюдения его качества и эффективности, а также приоритетности в электропотреблении групп потребителей и отдельных потребителей в группах.
В способе управления электропотреблением потребителей алгоритмы реагирования на управляемую информацию от датчиков зависят от того, каков резерв мощности имеется для нагружения потребителей. In a three-phase electrical distribution network in a house, the load is distributed between three phases. In peak modes of power consumption, the load is reduced and individual receivers are turned off, while the imbalance of the loads in phases is monitored and the phases are balanced by the loads. At the same time, uninterruptible power supply for high-priority consumers is provided. When managing the power consumption of consumers in a house, it is ensured that the limited maximum input power consumption is not exceeded, provided the maximum possible volumes of power consumption, compliance with its quality and efficiency, as well as priority in power consumption of consumer groups and individual consumers in groups. In the method for controlling the power consumption of consumers, the algorithms for responding to the controlled information from the sensors depend on what power reserve is available for loading the consumers.
В базовой части нагрузок осуществляют распределение и симметрирование нагрузок по фазам распределительной сети путем переключения потребителей на другие фазы, выключение низкоприоритетных потребителей. In the base part of the loads, loads are distributed and balanced across the phases of the distribution network by switching consumers to other phases, turning off low-priority consumers.
В пиковые периоды, когда резерв мощности (тока) снижается ниже допустимого значения, осуществляется перевод бытовых потребителей на режимы с пониженными нагрузками, выключение низкоприоритетных нагрузок, переключение потребителей на другие фазы (прямое или обратное переключение фаз), подключение к резервному (альтернативному) источнику тока собственной микрогенерации, подключение к источнику накопленной энергии и узлу гарантированного напряжения. During peak periods, when the power (current) reserve decreases below the permissible value, domestic consumers are transferred to modes with reduced loads, low priority loads are turned off, consumers are switched to other phases (direct or reverse phase switching), connection to a backup (alternative) current source own microgeneration, connection to the source of accumulated energy and guaranteed voltage node.
Описание фигур и работы устройства, реализующего заявляемый способ.Description of figures and operation of a device that implements the inventive method.
На фиг.1 изображен комплекс, реализующий способ контроля и управления электропотреблением потребителей в доме. От централизованного внешнего источника 1 подведены в дом три фазных и нейтральный провода, которые заведены через автоматический выключатель 2 и счетчик 3, установленные на вводном щите дома. Для управления потреблением электроэнергии установлен микроконтроллер 4. Распределительная трехфазная электрическая сеть выполнена в виде отдельных линий 5, 6, 7 и 8 для низкоприоритетной, среднеприоритетной, высокоприоритетной и особоприоритетной групп потребителей соответственно 9, 10, 11 и 12. На каждой линии установлены защитные отключающие устройства (УЗО) 13, 14, 15 и 16. Figure 1 shows a complex that implements a method for monitoring and managing the power consumption of consumers in a house. From the centralized external source 1, three phase and neutral wires are brought into the house, which are brought through the circuit breaker 2 and the counter 3, installed on the entrance panel of the house. A microcontroller 4 is installed to control electricity consumption. The three-phase electrical distribution network is made in the form of separate lines 5, 6, 7 and 8 for low-priority, medium-priority, high-priority and special priority groups of consumers, respectively 9, 10, 11 and 12. On each line, protective disconnecting devices are installed (RCD) 13, 14, 15 and 16.
Группа низкоприоритетных потребителей 9 присоединена к линии 5 через автоматический выключатель 17. На линии 5 установлены датчики 18, 19 и 20 измерения и передачи мгновенных значений токов и напряжений с помощью проводных и беспроводных средств в микроконтроллер 4.
Среднеприоритетные потребители 10 присоединены к линии 6 посредством автоматического переключателя 21, обеспечивающего возможность переключения фаз и выключения с переносом их работы на другое время по заданию, например с помощью таймера. На линии 6 установлены датчики 22, 23, 24 мониторинга и передачи мгновенных значений токов и напряжений с помощью проводных и беспроводных средств в микроконтроллер 4. A group of low-priority consumers 9 is connected to line 5 through a circuit breaker 17. On line 5, sensors 18, 19 and 20 are installed for measuring and transmitting instantaneous values of currents and voltages using wired and wireless means to microcontroller 4. Medium priority consumers 10 are connected to line 6 by means of an automatic switch 21, which makes it possible to switch phases and turn off with a transfer of their work to another time on request, for example, using a timer. On line 6, sensors 22, 23, 24 are installed for monitoring and transmitting instantaneous values of currents and voltages using wired and wireless means to microcontroller 4.
Группа высокоприоритетных потребителей 11 присоединена к линии 7 посредством переключателя фаз 24, обеспечивающего возможность переключения фаз как вперед, так и назад. Линии 5, 6, 7 и 8 с помощью переключателя 25 может подключаться и к альтернативному источнику собственной микрогенерации 26. На линии 7 установлены датчики 27, 28, 29 измерения и передачи мгновенных значений токов и напряжений с помощью проводных и беспроводных средств в микроконтроллер 4. The group of high-priority consumers 11 is connected to line 7 by means of a phase switch 24, which provides the possibility of switching the phases both forward and backward. Lines 5, 6, 7 and 8 with the help of a switch 25 can also be connected to an alternative source of their own microgeneration 26. On line 7, sensors 27, 28, 29 are installed for measuring and transmitting instantaneous values of currents and voltages using wired and wireless means to the microcontroller 4.
Особоприоритетные потребители (ОПП) 12 присоединены опционально к установке гарантированного напряжения (УГН) 30. В свою очередь, УГН 30 с помощью автоматического выключателя 31 соединена с линией 8, на которой установлены датчики 32, 33, 34 измерения и передачи мгновенных значений токов и напряжений с помощью проводных и беспроводных средств в микроконтроллер 4. УГН 30 подключена к накопительному источнику - аккумуляторной батарее 35 через инвертор 36. Аккумуляторная батарея через зарядное устройство (ЗУ) соединена с линией 8. Если в доме не установлена УГН, ОНИ подключают напрямую к линии 8, на которой соответственно будут установлены датчики тока 33 и датчики напряжения 34. High-priority consumers (OPP) 12 are optionally connected to the guaranteed voltage installation (UGN) 30. In turn, UGN 30 is connected by means of a circuit breaker 31 to line 8, on which sensors 32, 33, 34 are installed for measuring and transmitting instantaneous values of currents and voltages with the help of wired and wireless means into the microcontroller 4. UGN 30 is connected to a storage source - a storage battery 35 through an inverter 36. The storage battery is connected to line 8 through a charger (charger). If the UGN is not installed in the house, they are connected directly to line 8 , on which current sensors 33 and voltage sensors 34 will respectively be installed.
Микроконтроллер 4 связан с датчиками посредством радиосвязи и Интернета для получения мониторинговой информации о мгновенных значениях токов и напряжений: в фазах фидера - от электросчетчика 3, в распределительных линиях - от наружных датчиков 18, 22, 27, 32, в питающих группы потребителей линиях — от датчиков тока 19, 23, 28, 33 и датчиков напряжения 20, 24, 29, 34.
Микроконтроллер 4 оснащен аналого-цифровым преобразователем (АЦП) для преобразования аналоговых сигналов в цифровую информацию. В модули микроконтроллера поступает информация от датчиков 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, осуществляющих мониторинг показателей погоды, микроклимата, открытых проемов, движения в доме, качества синусоид напряжения, состояния источника собственной микрогенерации, параметров системы кондиционирования, отопления и вентиляции и подпитки системы горячего водоснабжения. The microcontroller 4 is connected to the sensors via radio communication and the Internet to obtain monitoring information about the instantaneous values of currents and voltages: in the phases of the feeder - from the electric meter 3, in the distribution lines - from external sensors 18, 22, 27, 32, in the lines supplying the groups of consumers - from current sensors 19, 23, 28, 33 and voltage sensors 20, 24, 29, 34. Microcontroller 4 is equipped with an analog-to-digital converter (ADC) for converting analog signals into digital information. The microcontroller modules receive information from sensors 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, which monitor weather indicators, microclimate, open openings, movement in the house, the quality of voltage sinusoids, the state of the source of its own microgeneration, the parameters of the air conditioning system, heating and ventilation and make-up of the hot water supply system.
Для приема/передачи мониторинговой информации на микроконтроллер установлен электронный интерфейс для подключения к Интернету и доступу к мониторинговой информации с возможностью удаленного включения / выключения систем отопления, кондиционирования и горячего водоснабжения, осуществления автоматизированного прогнозирования тепловой нагрузки на основе дистанционного контроля температуры и влажности воздуха в помещениях, осуществляют обнаружение открытых оконных и дверных проемов, контроль микроклимата и управление системой кондиционирования, определяют обитаемость помещений для остановки систем кондиционирования, осуществляют автоматизированное управление электропотреблением потребителей на основе результатов прогнозирования нагрузок потребителей, осуществляют сбор и обработку статистической мониторинговой информации за предыдущее время управления электропотреблением потребителей в доме, создают электронную базу данных потребляемых мощностей / токов, параметров наружного климата и параметров микроклимата внутри дома с привязкой к годовому и суточному графикам энергопотребления, осуществляют управление одновременностью работы групп потребителей, имеющих разные приоритеты. To receive / transmit monitoring information to the microcontroller, an electronic interface is installed for connecting to the Internet and accessing monitoring information with the ability to remotely turn on / off heating, air conditioning and hot water supply systems, carry out automated forecasting of heat load based on remote control of temperature and humidity in rooms, detect open window and door openings, control the microclimate and control the air conditioning system, determine the habitability of the premises for stopping air conditioning systems, carry out automated control of consumer power consumption based on the results of forecasting consumer loads, collect and process statistical monitoring information for the previous time of power consumption management of consumers in the house , create an electronic database of consumed powers / currents, outdoor climate parameters and vapors eters of the microclimate inside the house with reference to the annual and daily energy consumption schedules, control the simultaneity of the work of groups of consumers with different priorities.
В собственной микрогенерации используются альтернативные источники возобновляемой энергии, преимущественно, солнечные панели и ветроэлектрические генераторы, возможности получения мощности на которых зависит от времени суток и метеоусловий. Так, график возможной мощности
солнечных панелей, в первую очередь, зависит от сезона, времени суток и наличия облачности. Если в качестве источника собственной микрогенерации используются ветроэлектрические генераторы, их возможная доступная электрическая мощность зависит от наличия и скорости ветра. В этой связи микроконтроллер выполняет функцию заблаговременного прогнозирования графика изменения доступной мощности источника собственной генерации. Указанный заблаговременный прогноз доступной мощности выполняется микроконтроллером на основе получаемых через Интернет прогнозов погоды и параметров (характеристик) состояния источников собственной микрогенерации с учетом динамики в течение суток. In its own microgeneration, alternative sources of renewable energy are used, mainly solar panels and wind power generators, the possibility of obtaining power on which depends on the time of day and weather conditions. So, the graph of the possible power solar panels, first of all, depends on the season, time of day and the presence of clouds. If wind power generators are used as a source of their own micro-generation, their possible available electrical power depends on the availability and speed of the wind. In this regard, the microcontroller performs the function of predicting in advance the schedule of changes in the available power of the source of its own generation. The indicated advance forecast of available power is performed by a microcontroller based on weather forecasts obtained via the Internet and parameters (characteristics) of the state of sources of its own microgeneration, taking into account the dynamics during the day.
При использовании энергии, в приоритетном порядке, потребляют дешевую возобновляемую энергию от источника 26 электрической энергии собственной микрогенерации. Автоматическое управление последовательностью нагружения/обеспечения потребителей осуществляют следующим образом - вначале обеспечивают электроэнергией высокоприоритетных потребителей 11, после этого, при условии наличия доступной мощности, обеспечивают электроэнергией среднеприоритетных потребителей 10 и, в последнюю очередь, - низкоприоритетных потребителей 9. При управлении отключением потребителей применяют обратную последовательность операций: вначале производят отключение низкоприоритетных потребителей 9, после этого, при условии недостаточности доступной мощности, - отключение среднеприоритетных потребителей 10 и, в последнюю очередь, - высокоприоритетных потребителей 11. When using energy, in a priority order, they consume cheap renewable energy from the source 26 of electric energy of their own micro-generation. Automatic control of the sequence of loading / supplying consumers is carried out as follows - first, they provide electricity to high-priority consumers 11, then, subject to the availability of available power, they provide electricity to medium-priority consumers 10 and, lastly, to low-priority consumers 9. When controlling the disconnection of consumers, the reverse sequence is used operations: first, low-priority consumers 9 are disconnected, then, provided that the available power is insufficient, - medium-priority consumers 10 are disconnected and, last of all, high-priority consumers 11.
На фиг.2 представлена схема переключения однофазной высокоприоритетной нагрузки на одну из фаз трехфазной четырехпроводной электрической сети. Работает устройство следующим образом. Микроконтроллер автоматически производит выбор ближайшей по приоритету фазы в пределах установок, заданных пользователем, и подключает к ней однофазную нагрузку. При этом по сигналу от микроконтроллера одно из силовых реле К1, К2, КЗ подключает нагрузку к менее загруженной фазе.
На фиг.З представлен график изменения частоты передачи мониторинговой информации о мгновенных параметрах тока в зависимости от суммарной нагрузки потребителей в доме. В области пиковых нагрузок частота передачи информации выше на порядок. Представлены два возможных графика изменения частоты передачи информации в пиковом режиме - ступенчатый (сплошная линия) и наклонный (пунктирная линия). Потребляемая мощность начала пикового режима составляет Рпик. При этом значение максимального резерва мощности в пиковом режиме (Ртах - Рпик) принимают равным значению единичной нагрузки самого крупного приоритетного потребителя Pi, т.е. (Ртах - Рпик) -Рь Figure 2 shows a diagram of switching a single-phase high-priority load to one of the phases of a three-phase four-wire electrical network. The device works as follows. The microcontroller automatically selects the phase closest in priority within the user-defined settings and connects a single-phase load to it. In this case, according to a signal from the microcontroller, one of the power relays K1, K2, KZ connects the load to the less loaded phase. Fig. 3 shows a graph of the change in the frequency of transmission of monitoring information about instantaneous current parameters depending on the total load of consumers in the house. In the area of peak loads, the frequency of information transmission is an order of magnitude higher. Two possible graphs of changes in the frequency of information transmission in the peak mode are presented - stepped (solid line) and oblique (dashed line). The power consumption of the beginning of the peak mode is P peak . The value of the maximum power reserve in peak mode (P m ax - RACP) shall be equal to the value of the largest load unit user priority Pi, i.e. (R ta x - Rpik) -Rb
Базовая область нагружения - при нагрузках от 0 до РПИк- Пиковая - при суммарной потребляемой мощности выше РПИк· Basic loading area - at loads from 0 to Р PI к - Peak - with total power consumption above Р PI к
На фиг.4 показана схема переключений и отключений потребителей, подключенных к трехфазной электрической сети в доме. Для групп высокоприоритетных потребителей предусмотрены две схемы: схема (а) переключения фаз вперед (на следующие фазы) и схема (б) переключения фаз назад (на предыдущие фазы). Среднеприоритетные потребители— подключены по схеме (в), в соответствии с которой выключение и последующее включение их осуществляется по гибкому задаваемому графику (например по таймеру), то есть, производится перенос времени их работы на другое время. Низкоприоритетные потребители на линии подключения оснащены силовым реле с нормально замкнутой контактной группой - схема (г) . Figure 4 shows a diagram of switching and disconnection of consumers connected to a three-phase electrical network in the house. For groups of high-priority consumers, two schemes are provided: a scheme (a) for switching phases forward (to the next phases) and a scheme (b) switching phases backward (to previous phases). Medium-priority consumers are connected according to the scheme (c), according to which they are switched off and then switched on according to a flexible set schedule (for example, by a timer), that is, their work time is transferred to another time. Low-priority consumers on the connection line are equipped with a power relay with a normally closed contact group - scheme (d).
На фиг.5 представлена последовательность операций мониторинга и управления электропотреблением в базовом и пиковом режимах работы бытовых потребителей. Резерв мощности в пиковых режимах лежит в диапазоне от 0 до (Ртах -РПИк). В базовом режиме частоту передачи информации от датчиков о мгновенных значениях мощности, потребляемой потребителями, сохраняют постоянной и равной F0, ориентировочно принимаемую равной значению 1 с 1. В ПИКОВОМ режиме, при котором (Ршах -Р) < (Ртах -Рпик), частоту
передачи контролируемых параметров увеличивают ступенчато (в 10...20 раз) или пропорционально приросту нагрузки свыше РПИк, вычисляя ее по формуле: Figure 5 shows a sequence of operations for monitoring and controlling power consumption in the basic and peak operating modes of household consumers. The power reserve in peak modes is in the range from 0 to (P max -P PI k). In the basic mode, the frequency of transmission of information from sensors about instantaneous values of power consumed by consumers is kept constant and equal to F 0 , approximately taken equal to 1 s 1 . In the PEAK mode, in which (Pmax-P) <(Pmax-Ppeak), the frequency transmission of controlled parameters is increased stepwise (by 10 ... 20 times) or in proportion to the increase in load over R PI k, calculating it by the formula:
F=F0 + k F0 (Р- РПИК) / (Ртах - Рпик), 1/с, где к - коэффициент реагирования. F = F 0 + k F 0 (P-RPIK) / (Pmax - Ppik), 1 / s, where k is the response coefficient.
Значение к зависит от крутизны графика пиковых нагрузок, к = 10...20. The value of k depends on the slope of the peak load curve, k = 10 ... 20.
Максимальный резерв мощности в пиковом режиме (Ртах — Рпик) принимают равным значению единичной нагрузки самого крупного ПрИОрИТеТНОГО Потребителя, Т.е. (Ртах - Рпик) =Р] . Maximum capacity reserve in peak mode (that P x - P peak) become equal to the value of the largest load unit priority consumer, ie (P m ax - RACP) = F].
Величина резерва мощности в пиковом режиме (Ртах - Рпик) зависит от количества и мощности бытовых потребителей, ориентировочно она лежит в диапазоне от 0,1Ртах до 0,25 Ртах. The magnitude of the reserve power in a peak mode (P is the x - RACP) depends on the number and capacity of residential customers, it lies approximately in the range 0,1R max 0.25 P max.
Изменение частоты передачи мониторинговой информации при переходе от базового режима к пиковому режиму может быть принята ступенчатой: в базовой части нагружения - F0, в пиковом режиме - (10...20) F0. The change in the frequency of transmission of monitoring information during the transition from the basic mode to the peak mode can be adopted stepwise: in the basic part of the loading - F 0 , in the peak mode - (10 ... 20) F 0 .
При резерве потребляемой мощности DR = (Рщах-Р) выше его минимального значения (Ртах-Рпик) управление осуществляется в базовом режиме работы сети в доме, то есть With a reserve of consumed power DR = (Pshax-P) above its minimum value (P ta x-Rpik), control is carried out in the basic mode of operation of the network in the house, that is
DR> (Ртах-Рпик), производится периодически передача информации от датчиков контроля мгновенных значений токов, напряжений, симметрии нагрузок по фазам путем попарного сравнения токов в фазах и нейтральном проводе, а также осуществляется выравнивание нагрузок по фазам методом выключений потребителей и прямого или обратного переключений фаз групп потребителей. DR> (Pmax-Rpik), information is periodically transmitted from the sensors for monitoring instantaneous values of currents, voltages, load symmetry in phases by pairwise comparison of currents in the phases and in the neutral wire, as well as equalization of loads in phases by switching off consumers and direct or reverse switching phases of consumer groups.
При резерве мощности в сети (Ртах - Р) ниже (Ртах - Рпик) наступает пиковый режим работы потребителей в доме. В пиковом режиме осуществляется полный контроль мгновенных параметров и управление электропотреблением групп потребителей дома с учетом их приоритетности. В этом режиме частота передачи информации мониторингового контроля увеличивается и контроллер формирует решения по ограничению электропотребления и переключениям потребителей на другие, менее
загруженные, фазы, а также на альтернативный возобновляемый источник электроэнергии собственной микрогенерации. When the power reserve in the network (P max - P) lower (P is the x - RACP) comes the peak operation of consumers in the home. In peak mode, full control of instantaneous parameters and power consumption of consumer groups at home are carried out, taking into account their priority. In this mode, the frequency of transmission of monitoring control information increases and the controller forms solutions to limit power consumption and switch consumers to other, less loaded, phases, as well as on an alternative renewable source of electricity of its own micro-generation.
На фиг.6 представлены функциональные элементы микроконтроллера. В составе микроконтроллера имеется 7 модулей: подключения к сети; подключения кондиционера; сигнализации режима нагрузки; связи и Интернета (TCP/IP); подключения высокоприоритетных потребителей; подключения низкоприоритетных потребителей; подключения к интерфейсу автоматизации дома (EIB/KNX). Модуль сигнализации режима нагрузки имеет панель световой сигнализации со светодиодами, цвет которых отражает состояние загрузки домовой сети. Режим загрузки, соответственно: синий цвет - нет нагрузки, зеленый - малая нагрузка, желтый - высокая нагрузка, красный - пиковая нагрузка. Figure 6 shows the functional elements of the microcontroller. The microcontroller contains 7 modules: network connection; connecting the air conditioner; load mode signaling; communication and Internet (TCP / IP); connecting high-priority consumers; connecting low-priority consumers; connection to the home automation interface (EIB / KNX). The load mode signaling module has a light signaling panel with LEDs, the color of which reflects the load status of the house network. Load mode, respectively: blue - no load, green - light load, yellow - high load, red - peak load.
На фиг.7 показано средство коммутации однофазных низкоприоритетных и высокоприоритетных потребителей с возможностью формирования цепей управления нагрузками. Средство содержит три отдельных фазных контура R, S, Т. Оно выполнено для каждого потребителя в виде последовательного соединения контактных групп двух независимых силовых реле, одно из которых предназначено для управления низкоприоритетной нагрузкой посредством размыкания нормально-замкнутого контакта, а другое реле - для управления высокоприоритетной нагрузкой посредством переключения питания нагрузки между двух фаз, при этом вариант использования этих реле выбирается перемычками, осуществляющими либо независимое функционирование каждого из двух реле, либо последовательное соединение их контактных групп для коммутации потребителя. Figure 7 shows a means of switching single-phase low-priority and high-priority consumers with the possibility of forming load control circuits. The tool contains three separate phase circuits R, S, T. It is made for each consumer in the form of a series connection of contact groups of two independent power relays, one of which is designed to control a low-priority load by opening a normally-closed contact, and the other relay - to control a high-priority load by switching the power supply of the load between two phases, while the option of using these relays is selected by jumpers that carry out either the independent operation of each of the two relays, or a series connection of their contact groups for switching the consumer.
Фиг.8 представлена двумя половинками схемы: фиг.8а и фиг.8б. На фиг.8а представлена схема подключения микроконтроллера к трехфазной четырехпроводной электрической сети, а также с силовыми и оперативными цепями электрических нагрузок. На плате (фиг.8а) микроконтроллера размещены схемы измерения контактные группы ADC1, ADC2, ... ADC22,
ADC23, сети управления силовыми реле Ои+1 , .. Ои+4, Ои+5, .. Ои+8, Ои+9,Fig. 8 is represented by two halves of the circuit: Fig. 8a and Fig. 8b. Figure 8a shows a diagram of connecting the microcontroller to a three-phase four-wire electrical network, as well as with power and operational circuits of electrical loads. On the board (Fig. 8a) of the microcontroller there are measurement circuits, contact groups ADC1, ADC2, ... ADC22, ADC23, power relay control networks Oi + 1, .. Oi + 4, Oi + 5, .. Oi + 8, Oi + 9,
... , Ои+С, порты Com Port, OutD, Ethernet Port. ..., Oi + C, Com Port, OutD, Ethernet Port.
К контактами ADC 1 , ... , ADC7 присоединены делители и согласователи уровней 3,3 V/2 фазных и нулевых проводов. К контактам ADC8, ... , ADC23 подведены линии от сенсоров токов на фазных проводах и линиях потребителей. Управляющие линии силовых реле присоединены к контактам Outl, ..., OutC. Dividers and level adapters of 3.3 V / 2 phase and neutral wires are connected to contacts ADC 1, ..., ADC7. Lines from current sensors on phase wires and consumer lines are connected to contacts ADC8, ..., ADC23. The control lines of the power relays are connected to the contacts Outl, ..., OutC.
На фиг.86 представлена схема соединения контактов микроконтроллера с сенсорами токов и с катушками силовых реле. Показаны контактные группы силовых реле, обеспечивающих соединение потребителей с фазными проводамм R, S, Т. Клеммы Н1, ..., Н6 предназначены для подключения высокоприоритетных потребителей. Клеммы L1, ..., L3 - для подключения низкоприоритетных потребителей. Клеммы Lh4, Lh5, Lh6 - для подключения низко- или среднеприоритетных потребителей. Клеммы А4, А5, А6 - вспомогательные для среднеприоритетных потребителей. Между клеммами А4 и S, А5 и Т, А6 и R пунктирными линиями показаны перемычки. On Fig presents a diagram of the connection of the contacts of the microcontroller with the current sensors and with the coils of the power relays. Shown are the contact groups of the power relays that provide connection of consumers to the phase conductors R, S, T. Terminals H1, ..., H6 are designed to connect high-priority consumers. Terminals L1, ..., L3 - for connecting low-priority consumers. Terminals Lh4, Lh5, Lh6 - for connecting low or medium priority consumers. Terminals A4, A5, A6 - auxiliary for medium-priority consumers. Jumpers are shown between terminals A4 and S, A5 and T, A6 and R.
На фиг.9а изображены план (вид сверху) и разрезы 1-1, 2-2, 3-3 двухэтажной конструкции контроллера, состоящей из двух горизонтальных плат, между которыми размещены элементы схемы контроллера, представленной на фигурах 8а и 86. На нижней плате установлены силовые элементы - реле К1, ..., К 12; сенсоры тока S1, ..., S16; силовые клеммы для подключения потребителей установлены в один ряд (снизу на плане). Клеммы для подключения фазных проводов R, S, Т размещены на противоположной стороне силовой платы (сверху на плане), в ряду с которыми размещены клеммы Auxl, Aux2, АихЗ (подключения альтернативного источника), клеммы Nin и Nout (соответственно, вход и выход нулевого провода фидера), клемма Gnd (земля). Fig. 9a shows a plan (top view) and sections 1-1, 2-2, 3-3 of a two-story controller structure, consisting of two horizontal boards, between which are placed the elements of the controller circuit shown in Figures 8a and 86. On the bottom board installed power elements - relays K1, ..., K 12; current sensors S1, ..., S16; power terminals for connecting consumers are installed in one row (bottom plan). The terminals for connecting the phase wires R, S, T are located on the opposite side of the power board (on top of the plan), along with which are located the Auxl, Aux2, AihZ terminals (connections of an alternative source), the Nin and Nout terminals (respectively, the input and output of zero feeder wires), terminal Gnd (ground).
На фигурах 96 и 9в (силовая плата, соответственно, на стороне компонентов и на стороне пайки) показано размещение печатных дорожек на силовой плате, а также соединительные гнезда для установки сенсоров тока.
Вход и выход нулевого провода соединены между собой проводом, пропущенным через измеритель тока (сенсор), т.е. измеряется ток, с другой стороны, измеряется и напряжение нулевого провода относительно земли. Сенсоры тока при прохождении тока величиной минус 50 А ... +50 А индуцируют напряжение 0 ... 5 В, которое измеряется и оцифровывается. Если установлен АЦП- 12 бит (4096 уровней оцифровки), на 1 шаг получается 25 мА, что весьма близко к значению порога срабатывания бытовых УЗО, составляющему 30 мА. Figures 96 and 9c (power board, component side and solder side, respectively) show the layout of the printed circuits on the power board, as well as connectors for mounting current sensors. The input and output of the neutral wire are connected to each other by a wire passed through the current meter (sensor), i.e. the current is measured, on the other hand, the voltage of the neutral wire relative to the ground is also measured. Current sensors, when a current of minus 50 A ... +50 A flows, induces a voltage of 0 ... 5 V, which is measured and digitized. If the ADC is 12 bit (4096 levels of digitization), 1 step is 25 mA, which is very close to the threshold value of the household RCD, which is 30 mA.
Если разрядность АЦП составляет 16 бит, то точность измерения тока будет 50 А/ 32К кодов, то есть около 1,5 мА. Учитывая разброс в 1 младший разряд, точность измерения составит 3 мА, что в 10 раз меньше порога срабатывания стандартного УЗО для защиты бытовых цепей. If the ADC capacity is 16 bits, then the current measurement accuracy will be 50 A / 32K codes, that is, about 1.5 mA. Taking into account the spread of 1 LSB, the measurement accuracy will be 3 mA, which is 10 times less than the response threshold of a standard RCD for the protection of household circuits.
Из этого следует, что существует возможность выполнять функцию "умного" УЗО, которое сможет отличить ложные тревоги, вызванные высокочастотными наводками в сети, высоко-реактивными нагрузками на одной фазе и т.п. от реальных случаев утечки в землю, используя цифровую фильтрацию, реализованную в программном обеспечении нашего контроллера. It follows from this that it is possible to perform the function of a "smart" RCD, which will be able to distinguish false alarms caused by high-frequency pickups in the network, high-reactive loads on one phase, etc. from real earth leakage cases using digital filtering implemented in our controller software.
По умолчанию, чувствительность или порог срабатывания принимается за стандарт 30 мА, общепринятый для УЗО бытового назначения. При необходимости, порог срабатывания можно модифицировать в зависимости от сферы применения, например, в медицинских приборах необходима более тонкий порог срабатывания, а в промышленных установках - более грубый порог срабатывания. By default, the sensitivity or response threshold is taken as the 30 mA standard, generally accepted for household RCDs. If necessary, the response threshold can be modified depending on the application, for example, in medical devices a thinner response threshold is required, and in industrial installations a coarser response threshold is required.
На контроллерах NXP разрядность АЦП уже 16 бит (при все тех же 1 М отсчетах в секунду), что делает эту функцию еще более точной, и позволяет обнаружить долгосрочные малые утечки в землю, например, от импульсных блоков питания. On NXP controllers, the ADC resolution is already 16 bits (at the same 1M samples per second), which makes this function even more accurate, and allows you to detect long-term small leaks to ground, for example, from switching power supplies.
С помощью усреднения и корреляции напряжений и токов можно вычислить наличие малой утечки в линию заземления по неравенству нулю суммы токов линий фаз и нуля на входе контроллера. Сначала путем измерения
токов и их суммирования определяется сам факт утечки. Далее функция умного УЗО, зная распределение потребителей по фазам и их моментальные значения токов потребления, вычисляет, на каком именно потребителе происходит утечка. With the help of averaging and correlation of voltages and currents, it is possible to calculate the presence of a small leakage into the ground line by the inequality of zero of the sum of the currents of the phase lines and zero at the controller input. First by measuring currents and their summation is determined by the very fact of leakage. Further, the smart RCD function, knowing the distribution of consumers in phases and their instantaneous values of consumption currents, calculates which consumer is leaking.
Следующий этап этой функции — определение возможности отключения потребителя с утечкой. Если потребитель питается от цепи низкого или среднего приоритета, то производится его отключение с генерацией сообщения пользователю. The next step in this function is to determine the possibility of disconnecting a consumer with a leak. If the consumer is powered by a low or medium priority circuit, then it is turned off with the generation of a message to the user.
Варианты оповещения об обнаруженной нештатной ситуации — текстовое сообщение СМС на мобильный телефон, электронная почта, сообщение через интернет-приложения, или звуковой/световой сигнал, включенный в конструктив самого контроллера. Options for notification of a detected emergency situation - SMS text message to a mobile phone, e-mail, a message via Internet applications, or a sound / light signal included in the design of the controller itself.
Прежде чем принять решение об оповещении о неисправности или отключении потребителя, функция умного УЗО мониторит развитие утечки, и, при обнаружении неизбежного увеличения утечки или достижения критического значения (порог срабатывания или некая его доля — 50%, 75%) автоматически принимается решение об отключении потребителя или оповещении пользователя. После отключения через определенны интервал времени предпринимается попытка возобновить питание отключенного потребителя. В случае восстановления его штатного режима функционирования контроллер отменяет его аварийный статус и высылает пользователю об этом сообщение. В противном случае производится повторное отключение с сообщением пользователю. Before deciding to notify a fault or disconnect a consumer, the smart RCD function monitors the development of a leak, and when an inevitable increase in leakage is detected or a critical value is reached (the response threshold or some of its share - 50%, 75%), a decision is automatically made to disconnect the consumer. or notifying the user. After disconnection, after a certain time interval, an attempt is made to restore the power supply to the disconnected consumer. If its normal operation is restored, the controller cancels its emergency status and sends a message to the user about it. Otherwise, a repeated disconnection is performed with a message to the user.
Интервал между повторными включениями аварийного потребителя с каждым последующим его включением увеличивается. Если за определенным потребителем замечена хроническая, но небольшая утечка с величиной меньше порога срабатывания, то об этом информируется пользователь и потребителю присваивается статус потенциально опасного. В случае, если потенциально опасны потребитель восстанавливает безопасный режим работы, статус опасности снимается, но пользователю высылается сообщение с
предупреждением, что данный потребитель перестал обнаруживать утечку, но это может быть следствием его включения в электрическую цепь без заземления, и корпус этого устройства может находиться под напряжением. The interval between repeated switching on of the emergency consumer with each subsequent switching on increases. If a chronic, but small leak with a value less than the response threshold is noticed for a certain consumer, then the user is informed about this and the consumer is assigned the status of potentially dangerous. If a potentially dangerous consumer restores a safe mode of operation, the hazard status is removed, but the user is sent a message with warning that this consumer has ceased to detect a leak, but this may be due to its inclusion in an electrical circuit without grounding, and the body of this device may be energized.
Контроллер может предупредить о том, что такой потребитель переключили на розетку без заземления, в результате чего малая утечка прекратилась, следовательно, его корпус будет находиться под напряжением. The controller can warn that such a consumer has been switched to an outlet without grounding, as a result of which the small leakage has stopped, therefore, its case will be energized.
Поскольку программное обеспечение контроллера способно идентифицировать каждый такой потребитель независимо от наблюдаемой цепи питания, в который его включили, его статус потенциальной опасности утечки будет отслеживаться с некоторой периодичностью. Since the controller software is able to identify each such consumer regardless of the monitored power circuit in which it is connected, its potential leakage status will be monitored at regular intervals.
Следовательно, устройство, обладая аппаратными средствами измерения токов и напряжений с достаточной точностью как на фидере, включая нулевой провод, так и на подключенных и наблюдаемых потребителях, благодаря наличию функции встроенного умного УЗО позволяет отличить ложные тревоги от реальных случаев утечки в землю, и, в случае обнаружения утечки, может определить, на каком именно потребителе произошла утечка, и в случае обнаружения утечки на низко или среднеприоритетном канале управления может выключить именно этот аварийный потребитель. Consequently, the device, having hardware for measuring currents and voltages with sufficient accuracy both at the feeder, including the neutral wire, and at connected and monitored consumers, thanks to the built-in smart RCD function, makes it possible to distinguish false alarms from real cases of earth leakage, and, in If a leak is detected, it can determine which consumer the leak has occurred, and if a leak is detected on a low or medium-priority control channel, it can turn off this particular emergency consumer.
На фиг.10 представлен фрагмент компоновочного решения силовой платы, изображенной на фиг.9, с размещенными на ней силовыми реле К1, ..., Кб, датчиками тока S1, ..., S5, силовых контактных групп Н1, Н4, А4, S, L1, Lh4, а также слаботочных контактных вертикальных выпусков от датчиков тока и от силовых реле. Указанные выпуски обеспечивают соединение с контактными пазами верхней слаботочной платы, устанавливаемой сверху на высоте, обеспечивающей гарантию предотвращения возможного пробоя в случае попадания насекомых в пространство между платами.
Figure 10 shows a fragment of the layout solution of the power board shown in figure 9, with power relays K1, ..., Kb, current sensors S1, ..., S5, power contact groups H1, H4, A4, placed on it, S, L1, Lh4, as well as low-current contact vertical outlets from current sensors and from power relays. These outlets provide a connection with the contact grooves of the upper low-current board, installed from above at a height, providing a guarantee against possible breakdown in the event of insects getting into the space between the boards.